第12讲-项目9-数码管显示电路的PCB设计2

项目9数码管显示电路的PCB设计,任务描述在项目7完成了数码管显示电路的原理图绘制后，本项目完成数码管显示电路的PCB板设计。在该PCB板中，调用项目5建立的封装库内的两个器件：DIP-20(AT89C2051单片机的封装)、LED-10(数码管的封装)。通过该PCB图验证建立的封装库内的两个器件的正确性，并进行新知识的介绍。他将涵盖以下主题：设置PCB板设计规则介绍自动布线的多种方法数码管显示电路的PCB板设计,复习,8.1AltiumDesigner中的PCB设计环境简介8.2PCB编辑环境设置8.3PCB板设置8.3.1PCB板层介绍8.3.2PCB板层设置8.3.3PCB板层及颜色设置9.1创建PCB板9.1.1在工程中新建PCB文档9.1.2设置PCB板9.2PCB板布局9.2.1导入元件9.2.2元件布局,教学目的及要求：,1.了解PCB的设计规则2.熟练掌握自动布线、手动调整布线3.验证PCB的设计教学重点：自动布线、手动调整布线教学难点：验证PCB的设计,9.3设计规则介绍,AltiumDesigner提供了内容丰富、具体的设计规则，根据设计规则的适用范围共分为如下10个类别，下面把要经常要使用的规则作简单介绍。Electrical电气规则类。Routing布线规则类。SMTSMT元件规则类。Mask阻焊膜规则类。Plane内部电源层规则类。Testpoint测试点规则类。Manufacturing制造规则类。HighSpeed高速电路规则类。Placement布局规则类。SignalIntegrity信号完整性规则类。,9.3.1Electrical规则类9.3.2Routing规则类1Width设计规则Width设计规则用于限定布线时的铜箔导线的宽度范围。已在项目3介绍，在此将接地线（GND）的宽度设为：30mil，电源线（VCC）的宽度设为：20mil，其它线的宽度：最小值（MinWidth）10mil、首选宽度（PreferredWidth）15mil、最大值（MaxWidth）20mil。如图9-12所示。注意：铜箔导线宽度的设定要依据PCB板的大小、元器件的多少、导线的疏密、印制板制造厂家的生产工艺等多种因素决定。,9.4PCB板布线,9.4.1自动布线在主菜单中执行AutoRouteNet命令，光标变成十字准线，选中需要布线的网络即完成所选网络的布线，继续选择需要布线的其他网络，即完成相应网络的布线按鼠标右键或Esc键退出该模式。可以先布电源线，然后布其它线。先布电源线VCC的电路如图9-30所示。,图9-30布电源线VCC的PCB板,2单根布线在主菜单中执行AutoRouteConnection命令，光标变成十字准线，选中某根线，即对选中的连线进行布线，继续选择下一根线，则对选中的线自动布线，要退出该模式，按鼠标右键或Esc键。他与Net的区别是一个是单根线，一个是多跟线。3面积布线执行AutoRouteArea命令，则对选中的面积进行自动布线。4元件布线执行AutoRouteComponent命令，光标变成十字准线，选中某个元件，即对该元件管脚上所有连线自动布线；继续选择下一个元件，即对选中的元件布线，要退出该模式，按鼠标右键或Esc键。5选中元件布线先选中一个或多个元件，执行AutoRouteConnectionsOnSelectedComponent命令，则对选中的元件进行布线。6选中元件之间布线先选中一个或多个元件，执行AutoRouteConnectionsBetweenSelectedComponent命令，则在选中的元件之间进行布线，布线不会延伸到选中元件的外面。,7自动布线,在主菜单中选择AutoRouteAll命令，打开如图9-31所示的SitusRoutingStrategies对话框。在SitusRoutingStrategies对话框内的AvailableRoutingStrategies列表中选择Default2LayerBoard项，单击RouteAll按钮，启动Situs自动布线器。,图9-31SitusRoutingStrategies对话框,自动布线结束后，系统弹出Message工作面板，显示自动布线过程中的信息，如图9-32所示。,图9-32Messages工作面板,本例，先布电源线VCC，然后再自动布线后的PCB板图如图9-33所示。,图9-33自动布线生成的PCB板图从图9-33看出，该PCB板有绿色的高亮显示，证明有违反设计规则的地方。把屏幕重新刷新一下，方法：ViewRefresh(快捷键V，R或End键)，屏幕显示还是这样，就需要重新调整布局，重新布线。,9.4.2调整布线,如果用户觉得自动布线的效果不令人满意，可以重新调整元件的布局。如：仔细看数码管DS1的元件封装的底层（BottomLayer）上放了一个元件U3，在DS1元件内有5个过孔，U1元件内的布线太多了，需要调整。如果想重新布线，方法：选择主菜单ToolsUn-RouteAll，就把所有已布的线路全部撤销，变成了飞线；如果选择ToolsUn-RouteNet，就可用鼠标点击需要撤销的网络，这样就可以撤销选中的网络；如果选择ToolsConnection，就可以撤销选中的连线；如果选择ToolsUn-RouteComponent，用鼠标点击元件，相应元件上的线就全部变为非线。现在执行ToolsUn-RouteAll命令，撤销所有已布的线。然后移动元件，调整元件布局后的电路如图9-34所示。,图9-34重新调整布局后的PCB板图9-35重新自动布线后的PCB板执行AutoRouteAll命令，布线结果如图9-35所示。从操作过程可以看出，PCB板的布局对自动布线的影响很大，所以用户在设计PCB板时一定要把元件的布局设置合理，这样自动布线的效果才理想。,调整布线是在自动布线的基础上完成的，同时按Shift+S键，单层显示PCB板上的布线，如图9-36所示。,图9-36单层显示PCB板的顶层（topLayer）,从图9-36看出圆圈圈出部分之间的连线不是很好，如图9-37a所示。用PlaceInteractiveRouting命令重新绘线，如图9-37b所示。,a.改动前的布线b.手动改动后的布线图9-37手动布线前后的布线观察自动布线的结果可知，对于比较简单的电路，当元件布局合理，布线规则设置完善时，AltiumDesigner中的Situs布线器的布线效果相当令人满意。单击保存工具按钮，保存PCB文件。,9.4.3验证PCB设计,（1）在主菜单中选择ToolsDesignRuleCheck命令，打开如图9-38所示的DesignRuleChecker对话框。,图9-38DesignRuleChecker对话框（2）单击RunDesignRuleCheck按钮，启动设计规则测试。,设计规则测试结束后，系统自动生成如图9-39所示的检查报告网页文件。,图9-39检查报告网页,从错误报告看出有3个地方出错。第一处错误：MinimumAnnularRing(Minimum=10mil)(All)问题，鼠标点击该处，连接到具体出错的位置，如图9-40所示。,图9-40焊盘与通孔之间的最小环宽,从图9-40看出，电容C1、C2焊盘与通孔之间的最小环宽为9.842mil小于10mi，晶体管Q1、Q2、Q3焊盘与通孔之间的最小环宽为1.968mil小于10mil，如果允许这个错误，就把设计规则，如图9-27所示的MinimumAnnularRing（X-Y）编辑框中设置最小环宽为1mil。再重新运行设计规则检查，就没有这个错误了。,第二处错误：SilkToSolderMask(Clearance=10mil)(IsPad),(All)第三处错误：MinimumSolderMaskSliver（Gap=10mil）(All),(All)这两处错误属于设置的规则较严，可以不进行该两项检查，方法：从菜单选择DesignRules（快捷键D，R）打开PCBRulesandConstraintsEditor对话框，如图9-41所示，双击Manufacturing类在对话框的右边显示所有制造规则，找到SilkToSolderMaskClearance和MinimumSolderMaskSliver两行，把Enabled栏的复选框的“”去掉即可,表示关闭这2个规则，不进行该二项的规则检查。,图9-41PCBRulesandConstraintsEditor对